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使用高空作业机器人替代人来执行作业是一个必

工业生产和日常生活中充斥着高空作业的场景，如大型船舶的清洗除锈喷涂、火电锅炉的检测探伤维修等场景目前传统的解决方案是蜘蛛人、脚手架、吊篮作业和高空作业车，最终完成工作的都是工人。高空作业具有高危、低效、高成本和低质量的特点，尤其是高危，我国每年因高空作业死亡的人数近千人，有意愿从事高空作业的工人越来越少，因此使用高空作业机器人替代人来执行作业是一个必然的趋势。 01 高空作业市场现状截止到2019年，我国第三产业在国民经济中的占比持续超越第二产业，已高达53.9%，但同西方主要发达国家相比，还处于较低水平，未来仍有很大的增长潜力。驱动第三产业发展的一个重要原因就是机器人应用的高速增长。据统计，2019年全球机器人市场规模达294.1亿美元，近五年年平均增长率为12.3%；相比同年中国机器人市场规模达86.8亿美元，近五年年平均增长率高达20.9%。与此同时，我国和其他发达国家一样面临着人口老龄化和少子化，劳动力下滑的现状，产业结构需要持续的调整，也因此机器人与自动化必然成为全球趋势。假设未来全球机器人产业的年均增长率不低于10%，我们可以预测未来的产业规模。机器人市场中长期预测作为机器人应用领域的重要分支，什么是高空作业机器人呢？让我们先来看看什么是高空作业。所谓高空作业通常指的是高处作业，指人在一定位置为基准的高处进行的作业。国家标准GB/T 3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。” 高空作业常见的应用场景有化工罐清洁探伤、船舶除锈及水下附作物去除、楼宇外墙清洁及玻璃幕墙检测等。在这些应用中，传统的解决方案大多依赖于人工，如蜘蛛人、脚手架、高空作业车等。传统高空作业方式然而这些方案却有着严重的不足，主要体现在四个方面。高危 2011年-2017年，高空作业死亡人数4766人，平均每年死亡680人。低效手脚架方案平均需4人完成单一任务，且搭建形式受环境限制多；高空作业平台作业高度有限，稳定性不足。高成本人工成本极高，脚手架单次搭拆费用在几十万至上百万不等，高空作业平台租赁价格大概是4万元/次。低质量人工作业质量分散，稳定性、及时性、准确率、环境适应性均难以保证。 02 高空作业技术分析爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它是高空作业机器人中的一大门类，同时爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它把地面移动机器人技术与吸附技术结合起来，大大的扩展了机器人的应用范围。目前爬壁机器人主要是应用在核工业、石化、建筑、消防等行业。 2.1爬壁机器人的吸附方式（1）磁力吸附式磁吸附爬壁机器人是依靠磁力吸附于壁面，适用于导磁性材料构成的壁面。磁力吸附分为永磁吸附和电磁吸附，永磁吸附是通过在底部设计安装上永磁材料，形成磁力碗，然后很好的吸附在金属壁面的表面；电磁吸附就利用了电生磁的原理，通过电流的磁场效应产生磁力吸附在壁面上。电磁吸附的方式虽然磁力可调，但是结构复杂，需要大体积的机器才可以带动，因此现在常用的吸附方式就是永磁吸附，可以很好的在金属壁面上进行作业。此外依据吸附元件是否接触吸附面又可分为接触式和非接触式。接触式吸附，即磁铁直接接触吸附面。同理可知什么是非接触式吸附，非接触式吸附可以使得机器人更加方便的在吸附面移动。磁力吸附的方式大多应用在船舶、化工领域进行除锈、清洁等作业。（2）负压吸附型负压吸附型爬壁机器人可分为单负压仓和多负压仓。负压吸附主要是把仓体内空气排空，使得内外产生大气压力差，外部大气压会压着机器人吸附在壁面上。这种方法具有噪音小、易于小型化集成的优点，同时对壁面的光洁度及透气性要求较高，所以常适用于玻璃幕墙、太阳能光伏面板等环境。（3）正压推进型使用螺旋桨或者涵道风扇产生合适的推力，从而使机器人能够稳定可靠地贴附在壁面上。适用于桥梁、建筑领域。（4）摩擦力抱撑对于柱状结构的外壁，可采用外箍的方式；对于管状结构的内壁，可采用内撑的方式。适用于风电塔清洗、管道检测探伤等。（5）壁虎仿生型细型倒钩刺：极细小的倒钩刺，通过在粗糙壁面上“扣” 住凸缘实现爬壁；微精细刚毛：大量的微精细刚毛保证了仿壁虎脚掌与接触面的充分接触，产生强大黏附力。常见应用在水泥壁面、砖石壁面等环境。爬壁机器人吸附方式 2.2爬壁机器人的移动方式（1）腿足式基于新的机器人运动学，通过控制柔性脚足的步态实现在各种户外表面上的攀爬，如树木、杆子、灰泥、砖块等，代表为KOD实验室的RISE项目制作的爬壁机器人。（2）车轮式给轮式机器人加装两个可倾斜的推进器，其中的螺旋桨还可调节推力方向，从而使机器人实现从地面到墙壁的反复。常见的有VertiGo爬壁机器人。（3）履带式可以在垂直或倒置的表面爬行，通过远程遥控操作，可避免高危的化学或毒素环境。（4）框架式框架结构是一种比较平稳的结构。为了获取更大的吸附力，常采用多吸盘结构，增大机器人与壁面的接触面积。如Serbot机器人，在吸盘周边安装刷毛可实现清洁。爬壁移动方式特点 03 高空作业机器人研究发展现状及未来趋势 3.1 研究发展现状当前高空作业机器人常见的典型应用有：火电锅炉清洗探伤修复、船舶除锈、和化工打磨探伤焊接等。在特种场景作业等工业领域，国内的企业和研究机构集中在史河科技、清华、中科院等；国外则有Gecko Robotics、CMU和MIT等。在外墙清洗与幕墙检测等民用领域，国内外的研究企业和机构有北航、新加坡南洋理工和Serbot等。过去二三十年来，高空作业机器人的研发一直停留在研究所与高校，国内目前尚无高空作业机器人产业化方面的先例。主要有以下三个原因：场景复杂针对不同场景的特殊需求，往往需要进行机器人的定制化设计，从而导致研发成本和研发周期居高不下。功能不足传统机器人样机尺寸较小，负载能力低，且主要针对平面场景设计，所以其应用场景非常局限。一般只能搭载摄像头等检查设备，且无法在风电、船舶、管道、化工等曲面场合应用。效率偏低特定场景下的功能模组与爬壁机器人本体集成后，过去均采用遥控方式操作整机，导致操作人员进入门槛较高，现场使用效率低下。如何实现工业和民用领域推广？史河科技CTO王志超先生认为做爬壁机器人产品应该像中医一样，讲究望、闻、问、切、治五个步骤，其中望、闻两步主要是通过高清摄像机、无人机、嗅觉传感器等器件来实现。找到问题之后，使用爬壁机器人进行检测、探伤、修复，即问、切、治。当爬壁机器人具备这五步之后，相信一定可以全面应用于工业和民用领域。爬壁机器人推广所需 3.2 未来发展趋势随着技术的发展，高空作业机器人将朝以下三个方面发展：曲面适应底盘爬壁机器人底盘，可实现曲面适应，从而极大地拓宽了应用场景（风电、船舶、管道、化工等场景下的高空壁面均为空间异形曲面）。模块化吸附模组和行走模组等核心部件模块化、标准化，整机基于所需部件进行快速组装与集成，加速产品研发过程。智能化基于ROS系统，结合SLAM与AI技术，提高机器人自主移动与自动作业能力，尽可能降低人工参与的程度，从而简化对操作人员的要求，并大幅度提升作业质量和作业效率。 04 史河科技高空作业机器人的介绍及未来研究方向针对行业传统的高危、低效和高成本痛点。史河科技通过柔性底盘适应曲面，可适度越障，提高负载能力；通过控制算法实现柔性底盘运动学逆解，SLAM及自主导航；对行走模组、吸附模组、功能模组等部件进行模块化设计。通过使用这些方式，史河科技提供了全套的高空作业方案，其中包括磁力吸附型、负压吸附型、模块化履带等。 4.1 产品介绍产品一：应用于船舶/化工领域的除锈机器人RPP-MW-SRR RPP-MW-SRR 产品二：应用于船舶/化工领域的喷涂机器人RPP-MW-CS RPP-MW-CS 产品三：应用于化工罐的打磨机器人RPP-LW-CP RPP-LW-CP 产品四：应用于火电锅炉的检测机器人RPP-LW-TED RPP-LW-TED 产品五：应用于楼宇外墙的清洗机器人RPP-CP-BC（在研） RPP-CP-BC 4.2核心优势核心技术优势一大负载自重比与强曲面适应能力。大负载自重比主要是通过高功率密度电机驱动器、驱控传动一体化模组、驱控传动一体化模组及即时定位与自主导航控制器实现；强曲面适应能力通过力-磁耦合分析与优化设计、超强钕铁硼磁吸材料、阵列化磁场精准设计、壁面防滑轮胎/履带微观纹路以及分布式柔性铰链关节来实现。核心优势一核心技术优势二智能机器人控制系统包含：SLAM，多传感器融合，自适应的避障，多点激光定位等，以此实现机器人的半自主和未来全自主的作业。核心优势二核心技术优势三针对不同的应用领域，史河机器人在除锈工艺、检测工艺、打磨工艺、喷涂工艺方面具有独特的优势。核心优势三 4.3应用展示目前史河科技产品应用主要集中在船舶、化工、火电、建筑四大市场，以技术模块化、标杆运营化、市场全球化这“三板斧”打破特种机器人目前落地困难、销量少、需求不一、场景繁多的“痛病”！

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